化工進展2007年第26卷第5期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS節(jié)能技術專9999595505節(jié)能型甲醇精餾工藝研究劉保柱,章淵昶,陳平,姚克儉(浙江工業(yè)大學化學工程與材料學院,浙江杭州310032)摘要:提出兩種節(jié)能型甲醇精餾新工藝。在改進的三塔雙效精餾工藝中,加壓塔的蒸汽不僅用作常壓塔的熱源,還同時供給預塔的再沸器。四塔雙效精餾工藝在傳統(tǒng)三塔流程中新增一個加壓塔,它的蒸汽用于預塔的再沸器,新增加壓塔的塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品,塔底排出廢水。對兩種新工藝進行了穩(wěn)態(tài)模擬,結(jié)果表明各換熱器的兩側(cè)有適的溫差,換熱器可以正常工作,對3種工藝的對比表明,改進的三塔工藝比傳統(tǒng)三塔工藝節(jié)能1667%,四塔工藝比傳統(tǒng)三塔工藝節(jié)能16.17關鍵詞:甲醇;精餾;節(jié)能;模擬中圖分類號:TQ0535文獻標識碼:A文章編號:1000-6613(2007)05-0739-04Research on energy-saving process of methanol distillationLIU Baozhu, ZHANG Yuanchang, CHEN Ping, YAO Kejian( School of Chemical Engineering and Materials Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032Abstract: Two energy-saving processes of methanol distillation were proposed. In the improvedthree-column process with double-effect distillation, the vapor from higher-pressure column was notonly the heat source of the lower-pressure column, but also the heat source of pretreatment column. anew higher-pressure column was added in the four-column process with double-effect distillation, andits vapor was used to heat up the reboiler of pretreatment column. The distillate of the newhigher-pressure column is methanol product and the bottom stream is waste water. A steady-statesimulation was carried out. The result showed that the difference of temperature at two sides of heatexchangers was appropriate so the heat exchangers could work normally. A comparison between twoenergy-saving processes and the traditional three-column processes indicated that the improvedthree-column process reduced the heat consumption by 16. 67% of traditional three-column process andthe four-column process reduced the heat consumption by 16. 17% of traditional three-column processKey words: methanol: distillation; energy-saving: simulation甲醇是重要的化工原料,以其為原料可生產(chǎn)現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝一般由預塔、加壓塔、甲基叔丁醚、甲醛、乙酸、甲酸甲酯、甲胺、二常壓塔及預塔和加壓塔的進料預熱器等組成,其中甲醚等,甲醇制烯烴的技術最近也取得了一定進加壓塔和常壓塔組成順流雙效精餾流程,而預塔仍展。甲醇還是一種清潔的燃料,除了直接摻入汽、使用水蒸氣作為熱源。本文提出兩種新工藝,柴油作為燃料外,燃料電池技術正越來越受到人目的是使預塔使用二次蒸氣作為熱源,通過運用計們的關注-2。在合成甲醇生產(chǎn)過程中,粗甲醇的算精餾提純是十分關鍵的一環(huán),不僅決定著甲醇產(chǎn)中國煤化工態(tài)模擬和對比,證品的質(zhì)量,而且該工序的能耗對甲醇生產(chǎn)成本有收搞CNMHG-01-08.很大影響。為了降低精餾工序的能耗,目前較大的開發(fā)和應用,聯(lián)系人姚克倫,教投,電話071-8320g規(guī)模的甲醇裝置大多采用三塔雙效精餾工藝34。mailyaokj@zjut.edu.cn化工進展2007年第26卷實了新工藝的可行性,同時得到了新工藝節(jié)能的定量數(shù)據(jù),為進一步的工業(yè)應用提供依據(jù)。1節(jié)能精餾新工藝1.1現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝流程如圖1所示。該工藝主要包含預塔C1、加壓塔C2、常壓塔C3及預塔預熱器E1、加壓塔預熱器E2等設備。粗甲醇首先利用加壓塔的精甲醇產(chǎn)品進行預熱,然后進入預塔,預塔塔頂除去絕大部分的低沸物,塔底得到主要含甲醇和高沸物的物料,與加壓塔底物料換熱后進入加壓塔。加壓塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品,塔底物料則經(jīng)圖2改進的三塔雙效精餾工藝流程圖加壓塔預熱器后繼續(xù)進入常壓塔。常壓塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品,塔底得到含甲醇較少的廢水,排出系統(tǒng)。換熱器的能量匹配并有合適的傳熱溫差,故需要對改該流程中加壓塔頂?shù)恼魵庾鳛槌核俜衅鞯臒嵩催M的流程進行嚴格穩(wěn)態(tài)模擬以驗證其可行性形成雙效精餾,該工藝僅有預塔和加壓塔需要消耗13四塔雙效精餾新工藝水蒸氣,從而達到節(jié)能目的。讓預塔使用二次蒸氣的另外一個途徑是新增對以上三塔雙效精餾流程分析發(fā)現(xiàn),常壓塔使個加壓塔C向預塔提供蒸氣,兩者組成雙效精餾,用加壓塔的塔頂蒸氣作為熱源,而塔底溫度比常壓而原有加壓塔和常壓塔流程保持不變。由于預塔塔底塔還低的預塔卻直接使用了水蒸氣作為熱源,這從溫度低于常壓塔,故新增加壓塔的操作壓力低于現(xiàn)有能量合理利用的角度上考慮不盡合理,因此可考慮加壓塔,甲醇和水的分離難度也低于現(xiàn)有加壓塔,新對現(xiàn)有流程進行改進,使預塔也使用二次蒸氣作為增加壓塔在塔頂?shù)玫骄状嫉耐瑫r塔底直接得到廢熱源,以提高節(jié)能的幅度。水,不需要再經(jīng)過常壓塔處理。該流程中原有加壓塔和常壓塔壓力和溫度不發(fā)生變化,僅僅是處理量有所減少,而減少的這部分處理量則由新增加壓塔承擔。該流程中新增加壓塔不僅要能向預塔提供熱源,而且還要保證塔底得到廢水,故該工藝的關鍵是為新增加壓塔選擇合適的操作壓力,使水蒸氣與該塔塔底、該塔塔頂與預塔塔底都有合適的溫差圖1現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝流程圖12改進的三塔雙效精餾新工藝根據(jù)現(xiàn)有三塔雙效精餾各塔頂?shù)椎臏匚?提出了改進的三塔雙效精餾工藝,其流程如圖2所示。該流程相比現(xiàn)有三塔流程,改變了加壓塔和常壓塔采出精圖3四塔雙效精餾工流程圖甲醇的比例,使得加壓塔的蒸氣供給常壓塔后還有富中國煤化工余,富余的這部分蒸氣則送至預塔再沸器作為熱源,2CNMHG討論從而將預塔也納入雙效精餾的范圍,節(jié)約更多的熱2.1工況條件及模擬方法量。該流程能否正常運行的一個關鍵問題是要保證各選取某100kta甲醇廠的精餾工序作為研究對第5期劉保柱等:節(jié)能型甲醇精餾工藝研究·741·象,其粗甲醇進料F流量為16000kg/,溫度為該塔需稍微加壓操作,加壓塔頂壓力則按其再沸器25℃,組成如表1所示。和冷凝器都具有較合適溫差的原則確定,三塔的壓降都按填料塔估算。用于預熱的換熱器按逆流考慮,表1進料組成設定其最小溫差為15℃。質(zhì)量分數(shù)%根據(jù)實際生產(chǎn)情況,預塔運行時回流量與進料二氧化碳量的比值一般為0.5~0.8,此處按06計算。精甲醇產(chǎn)品的甲醇含量要求為9999%(質(zhì)量分數(shù)),廢水甲酸甲酯005中的甲醇含量要求為05%,加壓塔和常壓塔的回流比都按照此分離要求進行計算。加壓塔底去往常壓塔物料中的甲醇含量則按照組成雙效精餾的冷凝器和再沸器熱負荷匹配要求確定。2.2模擬結(jié)果工廠使用的熱源為06MPa絕對壓力,下同)壓力運用計算機對各流程進行穩(wěn)態(tài)模擬,各塔數(shù)據(jù)的飽和水蒸氣,飽和溫度為1587℃。使用冷卻介質(zhì)及主要物流數(shù)據(jù)模擬結(jié)果分別見表2和表3為循環(huán)水,進水溫度為30℃,升溫至36℃返回23改進的三塔工藝結(jié)果討論對流程進行穩(wěn)態(tài)模擬,用NRIL方法計算其相由模擬計算結(jié)果可知改進的三塔工藝中除加壓平衡。預塔冷凝器的出口溫度(即不凝性廢氣的溫塔底溫度從131.6℃升高到1339℃外其他各塔的度)按40℃計算,為了減少廢氣中的甲醇含量,塔頂和塔底溫度皆沒有變化。加壓塔底溫度升高的表2塔模擬計算結(jié)果一覽塔名理論板數(shù)回流比塔頂壓力№kPa塔頂溫度/℃塔底溫度℃冷凝器熱負荷kW再沸器熱負荷∧w總耗熱/kW節(jié)能/現(xiàn)有三塔C122060008843.1000流程c2401.73991019改進三塔c12206000流程C240-68958273689194141019四塔流程c1227413.316.1713121387136.23173.33246.0注:①對預塔C1來說回流比指回流量比進料量,其他各塔皆指回流量與塔頂液相出料之比②相同上標的冷凝器和冉沸器熱負荷進行熱交換表3主要物流模擬計算結(jié)果一覽流量/kg·h11600106158415847151874384364172326溫度/t6348400076161004123.2131664441019甲醇含量隔8500200185438543999973.539999050改進三塔流量/g·h11600010615984159849225660流程溫度r℃7401400076.169635甲醇含量8543中國煤化工四塔流程泳量/kg·hCNMHGI4S 3539607溫度rc658540007616100.51232131691166444101985.09697136甲醇含景偉%8500200185438543999973.5373.53999905085499990.5工進展2007年第26卷原因是加壓塔為了向預塔提供蒸汽,比現(xiàn)有三塔工藝生產(chǎn)了更多的精甲醇,使得加壓塔底物料的甲醇3結(jié)論含量降低,從而使溫度升高。加壓塔底溫度升高后(1)提出了改進三塔流程和四塔流程兩種節(jié)能水蒸氣與它的溫差從27.1℃下降至248℃,對再型甲醇雙效精餾新工藝沸器有一定不利影響,但仍處于正常溫差范圍。加(2)改進的三塔雙效精餾工藝中將加壓塔塔頂壓塔頂與預塔塔底的溫差高達47℃,遠高于原雙蒸氣分出一部分用于加熱預塔,各換熱器仍能保持效精餾中加壓塔頂與常壓塔底的213℃,故該換熱合理的傳熱溫差器可正常運行。分析可知,改進的三塔工藝中各處(3)四塔雙效精餾工藝中新增一個加壓塔與預溫差皆可滿足雙效精餾的要求。塔組成雙效精餾,不改變原加壓塔和常壓塔的壓力現(xiàn)有流程中預塔和加壓塔再沸器都需要水蒸和溫度參數(shù),新增加壓塔和預塔的雙效換熱器也有氣,而改進的三塔工藝中只有加壓塔再沸器需要消合適的溫差。耗水蒸氣,模擬結(jié)果顯示其水蒸氣消耗量比現(xiàn)有三4)對實例的計算表明,改進的三塔雙效精餾塔流程節(jié)省了16.67%。工藝比現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝節(jié)能1667%,改進的24四塔工藝結(jié)果討論四塔雙效精餾工藝比現(xiàn)有三塔雙效精餾工藝節(jié)能由模擬結(jié)果可知四塔工藝中預塔、原加壓塔及16.17%。常壓塔的塔頂塔底溫度皆保持不變。水蒸氣與新增(5)四塔工藝中原加壓塔和常壓塔的負荷下加壓塔的塔底溫差為225℃,新增加壓塔頂與預塔降,故可以在保持此兩塔不變的條件下新增加壓塔塔底的溫差為20.8℃,也達到了基本的溫差要求。和改造預塔,能在節(jié)能的同時擴產(chǎn)35%以上。新增加壓塔塔頂和塔底分別得到精甲醇和廢水,故它的頂?shù)诇夭钸h高于原加壓塔,所以只適合和塔底參考文獻溫度較低的預塔組成雙效精餾,而不能與常壓塔組[沈佩芝,雷玉萍甲醇市場狀況及科技開發(fā)進展U化工進展,200,成雙效精餾。[2】程立泉,沈佩芝甲醇熱點下游產(chǎn)品的開發(fā)應用化工進展,2004,四塔工藝中雖然仍舊有新增加壓塔、原加壓塔23(10);1138-1141兩個塔需要水蒸氣,但是新增加壓塔消耗的能量基(3]黃潔∵高燕如,張振歐,等.甲醇精餾加壓雙效三塔流程初探門.石本相當于原預塔,同時卻將部分粗甲醇分離成精甲油化工設計,2004,21(3):6-8.醇和廢水,使得加壓塔和常壓塔的處理量減少。模林長青,張振甲醇二塔精準工藝中加壓塔與常壓塔工作狀態(tài)的擬結(jié)果顯示該流程比現(xiàn)有三塔流程節(jié)能16.17%優(yōu)化.化肥工業(yè),2005,32(6):18-20.5]吳嘉陳露具有熱集成和水集成的甲醇精餾新工藝及其模擬門化四塔工藝中預塔的負荷基本保持不變,而加壓學報,2005,56(3):477-481塔和常壓塔的負荷同比降低至現(xiàn)有工藝的73.92%。向劉生鵬何壽林甲醇精餾的模擬與分析.湖北化工,199(5)根據(jù)這一特點,保持現(xiàn)有流程中投資較大的加壓塔和常壓塔不變,新增一較小的加壓塔并對預塔進行團唐佛文,甲醇精雄工藝模擬計算及分析門化工設計,20616:13-17必要改造,即可達到擴產(chǎn)35%以上和節(jié)能16.17%的圖陸文域,時正興新型高效規(guī)整填料塔在甲醇精餾生產(chǎn)中的應用效果門.現(xiàn)代化工,2005,25(12):54-57.必必必必必必分必價分分⑩分分價分分功的價分必⑩也在建和擬在建項目地區(qū):四川地區(qū);河北項目名稱:年產(chǎn)200kt二甲醚項目項目名稱:年產(chǎn)100kt二甲醚項目項目性質(zhì):新建項目性質(zhì):新建建設周期:2007~2008年建設周期:2007~2008年投資總額:37768萬元投進展階段:施工準備中國煤化工關鍵設備:合成塔、精餾塔、冷卻塔、真空泵、貯槽、自動關CNMH(備、儀器儀表。化控制系統(tǒng)、水處理設備。建設內(nèi)容:年產(chǎn)二甲醚100k。建設內(nèi)容:年產(chǎn)二甲醚200kt。由中國擬在建項目信息網(wǎng)(www.bhi.com.cn)提供,咨詢電話:010-68570776,68570774;傳真:01068570772